CN112163756A - 海上平台设施坍塌风险评估方法和装置 - Google Patents

海上平台设施坍塌风险评估方法和装置 Download PDF

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郭世杰
陈红霞
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Abstract

本申请提供一种海上平台设施坍塌风险评估方法和装置，前述方法包括：基于获取到的海上平台设施故障信息，构建坍塌故障树；根据模糊理论，基于专家对所述坍塌故障树中各个底事件发生可能性的评估值计算所述底事件的模糊失效概率；根据所述底事件的模糊失效概率，以及所述坍塌故障树计算所述海上平台设施坍塌的模糊失效概率。前述方法基于模糊理论和专家的评估值计算了底事件的模糊失效概率，并利用模糊概率计算出了坍塌的模糊估算概率，减少了因为有效平衡因数不足导致的客观不缺性和专家判断主观不缺性问题，使得预估更为合理。

Description

海上平台设施坍塌风险评估方法和装置
技术领域
本申请涉及风险评估技术领域，尤其涉及一种海上平台设施坍塌风险评估方法和装置。
背景技术
海上平台设施由于长期受到海水、强腐蚀性雨水腐蚀，受到海风海浪冲击，生产过程中出现高温、高压和高腐蚀特征情况，并且受到自身结构而产生应力疲劳等问题，可能出现诸如结构坍塌等重大事故。为了尽可能的减少结构坍塌等问题等重大事故，从源头上查找到造成可能造成事故的原因而做到提前预防，需要对海上平台设施出现故障的原因做分析。
目前，已有的用于海上平台实施安全性评估的方法包括故障树分析方法；故障树分析方法通过建立自上而下构建故障树，并对故障树的底事件发生概率进行定性分配，继而对故障树进行定量计算。
在故障树分析的定量计算中，每个底事件的输入概率必须是已知的(可以是精确的风险值，也可以是概率密度函数)。因为海上平台设施系统结构的复杂、故障模式多样，并且系统组件之间存在各种故障机制并不清晰的交互作用，获取故障树中各个底事件的故障概率的精确至或者故障概率密度函数非常困难。为简化模型建模难度，实际工程中底事件发生概率多通过专家判断确定；而因为信息的有限、系统物理可变性和认知不足，以及专家水平，采用专家判断具有极大的不确定性。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种海上平台设施坍塌风险评估方法和装置。
一方面，本申请提供一种海上平台设施坍塌风险评估方法，包括：
基于获取到的海上平台设施故障信息，构建坍塌故障树；
根据模糊理论，基于专家对所述坍塌故障树中各个底事件发生可能性的评估值计算所述底事件的模糊失效概率；
根据所述底事件的模糊失效概率，以及所述坍塌故障树计算所述海上平台设施坍塌的模糊失效概率。
可选地，基于获取到的海上平台设施故障信息，构建坍塌故障树，包括：
以所述海上平台设施坍塌作为所述坍塌故障树的顶事件，以自上而下的层次进行故障因果逻辑分析，构建所述坍塌故障树。
可选地，所述底事件发生的各种可能性的评估值为梯形模糊数；
根据模糊理论，基于多个专家对所述坍塌故障树中各个底事件发生可能性的评估值计算所述底事件的模糊失效概率，包括：
根据各个所述专家的权重，以及各个所述专家对所述坍塌故障树中所述底事件发生可能性的评估值计算综合评估值；
根据所述底事件的综合评估值计算模糊可能性值；
根据所述模糊可能性值计算所述底事件的模糊失效概率。
可选地，所述综合评估值为[a,b,c,d]；
根据所述底事件的综合评估值计算模糊可能性值，包括：采用
Figure BDA0002696794050000021
计算所述模糊可能性值F；
根据所述模糊可能性值计算所述底事件的模糊失效概率，包括：采用
Figure BDA0002696794050000031
计算所述模糊失效概率P。
可选地，根据所述底事件的模糊失效概率，以及所述坍塌故障树计算所述海上平台设施坍塌的模糊失效概率，包括：
根据所述底事件的模糊失效概率，以及所述坍塌故障树的中事件的逻辑关系，计算所述模糊失效概率；所述逻辑关系包括与关系、或关系。
可选地，所述方法还包括：根据所述底事件的模糊失效概率和所述海上平台设施坍塌的模糊失效概率，确定关键事件。
另一方面，本申请提供一种海上平台设施坍塌风险评估装置，包括：
故障树构建单元，用于基于获取到的海上平台设施故障信息，构建坍塌故障树；
底事件失效概率计算单元，用于根据模糊理论，基于多个专家对所述坍塌故障树中各个底事件发生可能性的评估值计算所述底事件的模糊失效概率；
坍塌概率计算单元，用于根据所述底事件的模糊失效概率，以及所述坍塌故障树计算所述海上平台设施坍塌的模糊失效概率。
可选地，所述底事件失效概率计算单元包括：
综合评估值计算子单元，用于根据各个所述专家的权重，以及各个所述专家对所述坍塌故障树中所述底事件发生可能性的评估值计算综合评估值；
模糊可能值计算子单元，用于根据所述底事件的综合评估值计算模糊可能性值；
失效概率计算子单元，用于根据所述模糊可能性值计算所述底事件的模糊失效概率。
本申请提供的海上平台设施坍塌风险评估方法和装置，基于模糊理论和专家的评估值计算了底事件的模糊失效概率，并利用模糊概率计算出了坍塌的模糊估算概率，减少了因为有效平衡因数不足导致的客观不缺性和专家判断主观不缺性问题，使得预估更为合理。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的风险评估方法流程图；
图2是本申请具体应用构建的一坍塌故障树；
图3是本申请实施例确定模糊失效概率的流程图；
图4是本申请实施例提供的坍塌风险评估装置的结构示意图；
图5是本申请实施例提供的电子设备的结构示意图；
其中：11-故障树构建单元，12-底事件失效概率计算单元，13-坍塌概率计算单元；21-处理器，22-存储器，23-通信接口，24-总线系统。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面将对本申请的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但本申请还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。
本申请实施例提供一种海上平台设施坍塌风险评估方法，基于故障树和模糊理论实现海上平台设施坍塌风险的评估。
图1是本申请实施例提供的风险评估方法流程图。如图1所示，本申请实施例提供的方法包括步骤S101-S103。
S101：基于获取的海上平台设施故障信息，构建坍塌故障树。
具体应用中，需要从海上平台设施中所有故障信息中确定出可能与坍塌事故相关的信息。随后，以海上平台设施坍塌为顶事件事件，从上而下的按照层次进行故障因果逻辑分析，基于故障因果逻辑分析构建坍塌故障树。具体实施中，可以采用演绎推理的方法，逐层的找出造成坍塌事故的必要而充分的直接原因，以及找出导致顶事件发生的所有原因和原因的组合，作为坍塌故障树的底事件。
在实际应用中，可以将设备故障、自然灾害或者爆炸作为中间事件，建立出故障树。
图2是本申请具体应用构建的一坍塌故障树。其中的B1-B36为底事件；各个底事件具体内容如表1中所述。如图2所示，各个底事件以与门或者或门关系组成上层的父事件，上层父事件组成了设备故障、自然灾害、爆炸等中间事件，各个中间事件以或门形式造成海上平台设施坍塌事故。
表1 海上平台设施坍塌故障树底事件
Figure BDA0002696794050000051
Figure BDA0002696794050000061
S102：根据模糊理论，基于专家对坍塌事故树中各个底事件发生可能性的评估值计算底事件的模糊失效概率。
图3是本申请实施例确定模糊失效概率的流程图。如图3所示，确定模糊失效概率步骤可以包括S201-S203。
S201：根据各个专家的权重，以及各个专家对坍塌故障树中底事件发生可能性的评估值计算综合评估值。
本申请实施例中，预先设定了各个评估水平以及对应的模糊数，如表2所示。专家基于经验判断确定各个底事件的评估水平，相应平柜水平对应的评估值即为各个底事件发生可能性的评估值，本申请实施例中，评估值为一梯形模糊数。对于底事件Bi，第k个专家确定的评估值为
Figure BDA0002696794050000062
表2 评估水平及其对应的评估值
评估水平 发生可能性评估值
非常低(VL) (0,0.1,0.1,0.2)
低(L) (0.1,0.2,0.2,0.3)
较低(FL) (0.2,0.3,0.4,0.5)
中等(M) (0.4,0.5,0.5,0.6)
较高(FH) (0.5,0.6,0.7,0.8),
高(H) (0.7,0.8,0.8,0.9)
非常高(VH) (0.8,0.9,0.9,1.0)
本申请实施例中，专家数量为多个，每个专家均具有一定的权重。专家的权重可以通过专家的行业科研能力、从事过的工程项目数量等因素确定。各个专家的权重之和应当为1。
具体应用中，可以采用公式1计算底事件Bi发生可能性的评估值计算综合评估值Xi。
Figure BDA0002696794050000071
公式1中，ωk为第k个专家的权重，ωk＞0且
Figure BDA0002696794050000072
S202：根据底事件的综合评估值计算模糊可能性值。
步骤S202，在确定了底事件Bi的综合评估值后，可以采用公式2计算对应的模糊可能性值Fi。
Figure BDA0002696794050000073
S203：根据模糊可能性值计算底事件的模糊失效概率。
步骤S203中，可以采用公式3计算底事件Bi对应的模糊失效概率。
Figure BDA0002696794050000074
其中mi＝[(1-Fi)/Fi]1/3×2.301。
因为模糊理论是一种不确定性处理方法，其可以解决故障树分析中专家判断的主观性，所以实现对复杂的坍塌故障树中底事件失效概率的估计。
表3是两个专家对坍塌故障树中底事件进行可能性评估，确定的综合评估值、模糊可能性值和模糊失效概率；其中两个专家的权重分别为0.44和0.56。
表3 各底事件的综合评价值、模糊可能性值和模糊失效概率
Figure BDA0002696794050000075
Figure BDA0002696794050000081
当然，在本说明书实施例其他应用中，也可以采用其他的具体算法实现基于专家权重和专家确定的底事件发生可能性的评估值，计算底事件失效概率。
S103：根据底事件的模糊失效概率，以及坍塌故障树计算海上平台设施坍塌的模糊失效概率。
根据坍塌故障树计算海上平台设施坍塌的模糊失效概率，是基于坍塌故障树中各个事件之间的逻辑关系(如图2所示中的与门关系、或门关系)从底事件的模糊失效概率依次计算出中间各层事件的模糊失效概率，最终计算出海上设施坍塌的模糊失效概率。
其中针对与门和或门的失效概率的计算公式分别如公式4和公式5。
Figure BDA0002696794050000091
Figure BDA0002696794050000092
采用步骤S101-S103后，基于图2中的坍塌故障树和表3中的数据，计算出某一海上平台设施的模糊失效概率P＝0.026404。
本申请实施例提供的海上平台设施坍塌风险评估方法，基于模糊理论和专家的评估值计算了底事件的模糊失效概率，并利用模糊概率计算出了坍塌的模糊估算概率，减少了因为有效平衡因数不足导致的客观不缺性和专家判断主观不缺性问题，使得预估更为合理。
本申请实施例具体应用中，还可以根据底事件的模糊失效概率和海上平台设施坍塌的模糊失效概率，确定关键事件。关键事件是对海上平台设施坍塌概率影响较大的时间，具体的是底层事件模糊失效概率明显偏高，并且使得海上平台设施模糊失效概率明显偏高的事件，例如在前述应用中，高温作业、无防火措施、避雷针等地底事件模糊失效概率明显偏高，应当采取措施降低这些关键事件发生。除了提供前述的海上平台设施坍塌风险评估方法外，本申请实施例还提供一种海上平台设施坍塌风险评估装置。
图4是本申请实施例提供的坍塌风险评估装置的结构示意图。如图4所示，风险评估装置包括故障树构建单元11、底事件失效概率计算单元12和坍塌概率计算单元13。
故障树构建单元11用于基于获取到的海上平台设施故障信息，构建坍塌故障树。
本申请实施例一个应用中，故障树构建单元11以海上平台设施坍塌为顶事件事件，从上而下的按照层次进行故障因果逻辑分析，基于故障因果逻辑分析构建坍塌故障树。具体实施中，可以采用演绎推理的方法，逐层的找出造成坍塌事故的必要而充分的直接原因，以及找出导致顶事件发生的所有原因和原因的组合，作为坍塌故障树的底事件。
底事件失效概率计算单元12用于根据模糊理论，基于多个专家对所述坍塌故障树中各个底事件发生可能性的评估值计算所述底事件的模糊失效概率。
具体应用中，底事件失效概率计算单元12包括综合评估值计算子单元、模糊可能值计算子单元和失效概率计算子单元。综合评估值计算子单元根据各个所述专家的权重，以及各个所述专家对所述坍塌故障树中所述底事件发生可能性的评估值计算综合评估值。模糊可能值计算子单元根据所述底事件的综合评估值计算模糊可能性值；失效概率计算子单元根据所述模糊可能性值计算所述底事件的模糊失效概率。其中具体的计算方法可以参加前文中方法部分的表述。
坍塌概率计算单元13根据所述底事件的模糊失效概率，以及所述坍塌故障树计算所述海上平台设施坍塌的模糊失效概率。
本申请实施例提供的坍塌风险评估装置，基于模糊理论和专家的评估值计算了底事件的模糊失效概率，并利用模糊概率计算出了坍塌的模糊估算概率，减少了因为有效平衡因数不足导致的客观不缺性和专家判断主观不缺性问题，使得预估更为合理。
除了提供前述的方法和装置外本申请实施例还提供一种电子设备。
图5是本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。如图5所示，电子设备包括：至少一个处理器21、至少一个存储器22和至少一个通信接口23。电子设备中的各个组件通过总线系统24耦合在一起。通信接口23用于与外部设备之间的信息传输。可理解地，总线系统24用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统24除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但为了清楚说明起见，在图5中将各种总线都标为总线系统24。
可以理解，本实施例中的存储器22可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。
在一些实施方式中，存储器22存储了如下的元素，可执行单元或者数据结构，或者他们的子集，或者他们的扩展集：操作系统和应用程序。
其中，操作系统包含各种系统程序，例如框架层、核心库层、驱动层等，用于实现各种基础任务以及处理基于硬件的任务。应用程序，包含各种应用程序，例如媒体播放器(MediaPlayer)、浏览器(Browser)等，用于实现各种应用任务。实现本申请实施例提供的集群环境下的任务分发方法程序可以包含在应用程序中。
在本申请实施例中，处理器21通过调用存储器22存储的程序或指令，具体的，可以是应用程序中存储的程序或指令，处理器21用于执行本申请提供的集群环境下的任务分发方法的各个步骤。
处理器31可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器21中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器21可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(FieldProgrammable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
本申请实施例提供的集群环境下的任务分发方法步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件单元组合执行完成。软件单元可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器22，处理器21读取存储器22中的信息，结合其硬件完成方法的步骤。
本申请实施例还提出一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储程序或指令，所述程序或指令使计算机执行如前所述集群环境下的任务分发方法各实施例的步骤，为避免重复描述，在此不再赘述。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种海上平台设施坍塌风险评估方法，其特征在于，包括：
基于获取到的海上平台设施故障信息，构建坍塌故障树；
根据模糊理论，基于专家对所述坍塌故障树中各个底事件发生可能性的评估值计算所述底事件的模糊失效概率；
根据所述底事件的模糊失效概率，以及所述坍塌故障树计算所述海上平台设施坍塌的模糊失效概率。
2.根据权利要求1所述的海上平台设施坍塌风险评估方法，其特征在于，
基于获取到的海上平台设施故障信息，构建坍塌故障树，包括：
以所述海上平台设施坍塌作为所述坍塌故障树的顶事件，以自上而下的层次进行故障因果逻辑分析，构建所述坍塌故障树。
3.根据权利要求1所述的海上平台设施坍塌风险评估方法，其特征在于，所述底事件发生的各种可能性的评估值为梯形模糊数；
根据模糊理论，基于多个专家对所述坍塌故障树中各个底事件发生可能性的评估值计算所述底事件的模糊失效概率，包括：
根据各个所述专家的权重，以及各个所述专家对所述坍塌故障树中所述底事件发生可能性的评估值计算综合评估值；
根据所述底事件的综合评估值计算模糊可能性值；
根据所述模糊可能性值计算所述底事件的模糊失效概率。
4.根据权利要求3所述的海上平台设施坍塌风险评估方法，其特征在于，所述综合评估值为[a,b,c,d]；
根据所述底事件的综合评估值计算模糊可能性值，包括：采用
Figure FDA0002696794040000021
计算所述模糊可能性值F；
根据所述模糊可能性值计算所述底事件的模糊失效概率，包括：采用
Figure FDA0002696794040000022
计算所述模糊失效概率P。
5.根据权利要求1所述的海上平台设施坍塌风险评估方法，其特征在于，根据所述底事件的模糊失效概率，以及所述坍塌故障树计算所述海上平台设施坍塌的模糊失效概率，包括：
根据所述底事件的模糊失效概率，以及所述坍塌故障树的中事件的逻辑关系，计算所述模糊失效概率；所述逻辑关系包括与关系、或关系。
6.根据权利要求1所述的海上平台设施坍塌风险评估方法，其特征在于，还包括：
根据所述底事件的模糊失效概率和所述海上平台设施坍塌的模糊失效概率，确定关键事件。
7.一种海上平台设施坍塌风险评估装置，其特征在于，包括：
故障树构建单元，用于基于获取到的海上平台设施故障信息，构建坍塌故障树；
底事件失效概率计算单元，用于根据模糊理论，基于多个专家对所述坍塌故障树中各个底事件发生可能性的评估值计算所述底事件的模糊失效概率；
坍塌概率计算单元，用于根据所述底事件的模糊失效概率，以及所述坍塌故障树计算所述海上平台设施坍塌的模糊失效概率。
8.根据权利要求7所述的海上平台设施坍塌风险评估装置，其特征在于，所述底事件失效概率计算单元包括：
综合评估值计算子单元，用于根据各个所述专家的权重，以及各个所述专家对所述坍塌故障树中所述底事件发生可能性的评估值计算综合评估值；
模糊可能值计算子单元，用于根据所述底事件的综合评估值计算模糊可能性值；
失效概率计算子单元，用于根据所述模糊可能性值计算所述底事件的模糊失效概率。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器；
所述处理器通过调用所述存储器存储的程序或指令，用于执行如权利要求1至6任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储程序或指令，所述程序或指令使计算机执行如权利要求1至6任一项所述方法的步骤。
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